JP2013536366A - タービンケーシングにシールドを取り付けるための方法およびこの方法を実行するための取り付けアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジン構造の部品の機械的挙動に影響を及ぼすシールドなどの頑丈な部分の熱慣性を打ち消すことに関する。特に、本発明は、エンジン構造の機械的強度および適切な振動性の位置決めを同時に維持しながら、タービンの羽根が破断するという事故の際にエンジン構造へと伝達される力を減らすことを目的とする。この目的のため、本発明は、シールドのための可撓な締結具を提供することにより、可溶部分を生み出すことを可能にする。タービン（１０）のエンジン構造（３０）のケーシング（２０）にシールド（１５）を取り付けるための本発明による典型的なアセンブリは、接続ラグ（７０）と、ケーシング（２０）およびシールド（１５）への取り付けのための地点（８２、９２）とを備える。取り付けの地点は、ラグ（７０）とシールド（１５）またはケーシング（２０）との間の接続ならびに取り付け点（９２、８２）の接続が実質的に接線方向であるように、シールド（１５）およびケーシング（２０）の曲率に従って充分に離れている。ラグ（７０）は、その振動性の位置決めを制御するため、および熱機械的な負荷のもとでの充分な程度の機械的強度を確保するために、接続が充分な程度の可撓性を有するように寸法付けられている。

Description

本発明は、エンジン構造、具体的には、航空機に搭載されたタービンまたは陸上の産業用タービンのタービンケーシングへのシールド取り付け方法、ならびにそのような方法を実行するための取り付けアセンブリに関する。

さらに具体的には、本発明の分野は、特に、航空機のターボエンジンなどの動力タービンのためのエンジンの保護である。エンジン構造は、エンジン構造またはケーシングから脱落する可能性がある部品または構成要素を閉じ込めるための保護シールドの存在を必要とする。特に、フリータービンのシールドによって、過速度で「羽根の抜け出し（ｂｌａｄｅ−ｓｈｅｄｄｉｎｇ）」型である場合、フリータービンのすべての羽根の保持がもたらされる。実際、羽根は、所与のしきい値のもとでのエンジンの動作能力を保証し、そのようなしきい値を超えるディスクの完全性を保証するために、所与の速度範囲にて破損するように作られる。

そのようなシールドが、通常は、エンジンケーシングおよび隣接の部品の構造へ組み込まれる。それは、堅固な部分に限られ得る。シールドが、多数の組み立てフランジまたは同等物によってケーシングへと取り付けられる。

しかしながら、そのようなシールドフランジの寿命が、強く制限される可能性がある。特には、フランジと隣接の部品との間の熱慣性および剛性の相違が、過渡的な状態、すなわち出力の上昇または低下における部品の挙動に影響を及ぼす。

別の構造によれば、温かい空気において動作する内部シールドが、２つのケーシングの間に取り付けられる。しかしながら、そのような環境は、シールドの保持能力を制限するかもしれず、結果としてさらなる厚さが必要になる。また、外ケーシングの存在が、無視し得ない追加の質量につながる。

そのような構造においては、作動力がエンジン構造へと直接伝達される。そのような伝達が、締結具からの次第の脱離につながる可能性があり、飛行の安全性を損なうシールドの振動につながる可能性もある。

さらに、ねじを向いたペグによる中心合わせによって高い地点に配置されたねじによって固定されるシールドも存在する。そのような取り付けは、正確かつ繊細な調節がされることを必要とする。さらに、ペグの寿命が、振動の伝達、ならびに「フレッチング」、せん断、などといった他の現象に関して、規則性はない。

本発明は、上述の技術の欠点を克服することを目的とし、特にはエンジン構造の部品の機械的な挙動へと作用するシールドの熱慣性を取り除くことを目的とする。また、シールドの丈夫さを損なうことなく取り付けを単純化しつつ、シールドの質量を最小にすることを目的とする。

そのようにするために、本発明は、エンジン構造へと伝達される作動力を制限する可溶部を実現可能にする可撓シールド締結具を提供する。

より正確には、本発明の目的は、タービンのエンジン構造のケーシングへのシールド取り付け方法であって、振動性の位置決めおよび熱機械的な負荷のもとでの充分な機械的強度をもたらすことを可能にするシールドおよびケーシングの地点の間ので可撓な結合をするために、前記地点間のシールドおよびケーシングの曲率に従って充分に離間した前記地点の間の接線接続によってシールドをカータに結合させることからなる取り付け方法を提供することにある。したがって、航空機用タービンの場合には、振動性の位置決めおよび機械的強度が、航空機の操縦の際にも得られる。

そのような状況においては、シールドがケーシングに充分に近く、後者が破片または排出された部品のかけらの保持に好都合な貢献をもたらすと思われる。外シールドが、部品がきわめて薄い厚さで保持されることを保証するために、充分に低温にとどまる。

したがって、そのような構造は、熱機械的な疲労に曝される可能性があるケーシング下のエンジン構造の部品に関してシールドの熱的および機械的な絶縁を可能にする。さらに、生成される可撓性が、シールドとケーシングとの間の調節装置をなくすことを可能にする。

特定の実施の形態によれば、
振動の減衰が、シールドとケーシングとの間の結合に関連して、さらに起き、
接続具のサイズが、接続部に加わる熱機械的な負荷に従って決定され、
熱機械的な変化に起因する作動力を最小化することによって、エンジンが被る負荷の事例、および、特には低い励起周波数の範囲におけるシールド／ケーシングアセンブリの振動性の位置決めに関して取り付けの寿命を最適化するように、接続具の数が決定され、接続具が分配される。

上述の方法を実行するために、さらに本発明は、タービンのエンジン構造のシールド／ケーシングアセンブリであって、ケーシングおよびシールドのための固定点を有するケーシングとシールドとの間の接続ラグを備えるシールド／ケーシングアセンブリに関する。そのようなアセンブリにおいて、固定点が、接続が固定点へと片側のラグと反対側のシールドまたはケーシングとの間で実質的に接線方向であり、かつラグが所定の可撓性の程度を有するよう、シールドおよびケーシングの曲率に従って充分に離れている。

特定の実施の形態によれば、
振動を減衰させるように構成されたばね板が、シールドとケーシングとの間のリングの構成に設けられ、
シールド上の少なくとも１つの固定点およびケーシング上の少なくとも１つの固定点が、ラグごとに設けられ、
ケーシングへのラグの固定が、ケーシングの外皮に溶接された補強ボスに位置するねじによって実現され、ねじが、シールドに形成された開口にて移動するように構成された頭部を有し、
シールドへのラグの固定が、シールドを横切るリベットによって実現され、
取り付けアセンブリが、サイズに合わせた数の接続ラグを備え、ラグは、ケーシングとシールドとの間にリングの構成にて規則的に分配され、各々のラグが、ねじによってケーシングへと取り付けられ、リベットによってシールドへと取り付けられている。

本発明の他の特徴および利点が、添付の図面を参照しつつ以下の典型的な実施の形態の詳細な説明を検討することで、明らかになるであろう。

本発明による取り付けアセンブリを備えるフリータービンの長手軸に沿った部分の半断面図である。 本発明による取り付けアセンブリの１つのラグの位置を明確に示している先の図の平面ＩＩ−ＩＩによる一部分の図である。 本発明による取り付けラグが設けられたシールドの一部分の斜視図である。

図１の一部分の断面図を参照すると、フリータービン１０が、特には外シールド１５と、エンジンの主たる構造を形成しているケーシング２０とを備えており、ケーシング２０に、空気の通り道を形成する構成要素、すなわちタービンディストリビュータ２２および２６、タービンリング２４および２６ｂ、ならびにタービンホイール２５および３０（軸受構造（図示されていない）を介する）が接続される。各々の羽根系が、固定翼系または空気流「分配」ステータと、空気の流れの方向において後続する可動の羽根またはホイール系と、ノズル（図示されていない）へのアクセスを得るための出口通路４０とで形成されている。

種々のシールが、それ自身はシールド１５に関連するケーシング２０に隣接している種々の部品の間にフランジまたは接合部５０、５２、および５４によってもたらされている。

さらに、金属薄板で作られた２つのばね板６０および６２が、例えば熱機械的な変化の際の振動を減衰させるために、シールド１５とケーシング２０との間に設けられている。そのような板は、リブ６０ａ、６２ａによって境界付けられたハウジングに配置される。随意により、そのような板を、フランジまたは接続部へと取り付けることができ、例えば図示の例ではフランジ５０またはねじ５３へと取り付けることができる。

ばね板は、シールドとケーシングとの間の結合ラグに関連して、シールドとケーシングとの間の振動を減衰させる。好都合には、そのような板を、熱エネルギを効率的に消散させ、振動におけるアセンブリの丈夫さを改善するために、軸方向に分割することができる。

接線方向のラグ７０が、図１の断面ＩＩ−ＩＩにおける図２の図において、ねじ頭部８０とねじ８２との間に、さらに詳しく示されている。このねじは、ケーシング２０の外皮９１に溶接されたねじボス９０へと挿入されている。随意により、ねじボス９０をナットで置き換えることができる。ねじ頭部８０は、シールド１５に形成された開口８４に配置されている。したがって、頭部８０は、振動の際に開口８４において自由に振動することができる。

ラグ７０が、最初に一方の端部７１ａに形成された穴７３によってねじ８２のねじ山のない部分に取り付けられ、他方の端部においてシールド１５を横切るリベット９２に取り付けられる。次いで、ねじ８２がプロット９０へと完全に挿入され、リベット９２が押し潰される。そのような状況において、ラグ７０は、ケーシング２０およびシールド１５に対して実質的に接線方向に取り付けられる。そのようにするために、ラグ７０は、リベットの付近においてラグ７１の他方の端部７１ｂがシールド１５の内面１５ａに当接するよう、領域７２においてわずかに湾曲している。

ラグ７０の破断の場合に、シールド１５は、ねじ頭部８０がシールドの穴８４にぴったりと配置されていることで、実質的に動かぬように保たれる。そのようなぴったりとした配置は、予備部品の通過も制限する。さらに、ばね板６０、６２（図１）が、接続ラグの破断の場合にシールドの径方向の保持を保証する。

ラグ７０の長さ、したがってねじ８２とリベット９２との間の距離は、接線方向の接続を得るために、ねじとリベットとの間のシールドおよびケーシングの同様の曲率に従う。ラグのサイズは、幅、長さ、および厚さにおいて、ケーシング（したがって、エンジン構造）への作動力の伝達を制限するために、ラグに加わる熱機械的な負荷の計算に合わせて調節される。

半シールド１５の図３の一部分の斜視図に、シールド１５の内面１５ａに規則的に分布した接続ラグ７０と、そのようなラグをシールド１５へと固定するためにリベット９２とが示されている。ねじ８２（図２）へのラグ７０の取り付け穴７３も、見て取ることができる。したがって、そのような例では、シールド全体について６つのラグが設けられる。

本発明は、上述および図示の典型的な実施の形態に限られない。実際、アセンブリの振動モードを調整し、さらには／あるいは飛行の操縦における耐負荷強度を保証するために、ラグの数がより重要となりうる。特には、陸上の産業用タービンに関して、ラグの数は、この種のタービンの大きな直径ゆえに、数十以上にもなる可能性がある。

さらに、リベットの断面を、羽根の破断時にエンジン構造へと伝達される作動力が制限されるように寸法付けることができる。ラグは、それぞれ２つまたは３つのシールド固定リベットをケーシングへの１つまたは２つの固定ねじへと接続するためにおおむねＶ字またはＷ字形の形状を有することができる。

Claims (10)

1. タービン（１０）のエンジン構造（３０）のケーシング（２０）にシールド（１５）を保持する取り付け方法であって、
   振動性の位置決めおよび熱機械的な負荷のもとでの充分な機械的強度をもたらすことを可能にするシールド（１５）およびケーシング（２０）の地点（８２、９２）の間で可撓な結合をするために、前記地点間のシールドおよびケーシングの曲率に従って充分に離間した前記地点の間の周方向を向いた接線接続によってシールド（１５）をカータ（２０）に結合させることを特徴とする、取り付け方法。
2. 振動の減衰もまた、シールド（１５）とケーシング（２０）との間の結合に関連して生じる、請求項１に記載の取り付け方法。
3. 接続具（７０）のサイズが、接続部に加わる熱機械的な負荷に従って決定されている、請求項１または２に記載の取り付け方法。
4. 熱機械的な変化に起因する作動力を最小化するように、接続具（７０）の数が決定され、接続具が分配されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の取り付け方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実行するためのタービン（１０）のエンジン構造（３０）のシールド（１５）／ケーシング（２０）アセンブリであって、
   ケーシング（２０）およびシールド（１５）のための固定点（８２、９２）を有するケーシングとシールドとの間の接続ラグ（７０）を備えており、固定点（９２、８２）への接続が、片側のラグ（７０）と反対側のシールド（１５）またはケーシング（２０）との間で実質的に接線方向であり、かつラグ（７０）が所定の可撓性の程度を有するよう、固定点がシールド（１５）およびケーシング（２０）の曲率に従って充分に離れていることを特徴とする、アセンブリ。
6. 請求項２に記載の方法を実行するための請求項５に記載のアセンブリであって、
   振動を減衰させるように構成されたばね板（６０、６２）が、シールド（１５）とケーシング（２０）との間にリングの構成で設けられている、アセンブリ。
7. ばね板（６０、６２）が、軸方向に分割されている、請求項６に記載のアセンブリ。
8. シールド（１５）上の少なくとも１つの固定点（９２）およびケーシング（２０）上の少なくとも１つの固定点（８２）が、ラグ（７０）ごとに設けられている、請求項５から７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
9. ケーシング（２０）へのラグ（７０）の固定が、ケーシング（２０）の外皮（９１）に溶接されたボス（９０）に位置するねじ（８２）によって実現され、ねじ（８２）が、シールド（１５）に形成された開口（８４）にて移動するように構成された頭部（８０）を有している、請求項５から８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
10. シールド（１５）へのラグ（７０）の固定が、シールド（１５）を横切るリベット（９２）によって実現されている、請求項５から９のいずれか一項に記載のアセンブリ。

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